Gwyddonwyr tonnau disgyrchol am gael gwybod rhagor am fater tywyll

Mae'r technolegau y tu ôl i un o ddatblygiadau gwyddonol mwyaf y ganrif – canfod tonnau disgyrchiant – bellach yn cael eu defnyddio yn y gwaith o chwilio am fater tywyll sydd wedi bod ar droed ers amser hir.

Er y bernir bod tua 85% o'r holl fater yn y Bydysawd yn fater tywyll, nid yw erioed wedi bod yn destun arsylwadau uniongyrchol ac felly mae'n parhau i fod yn un o ddirgelion mwyaf ffiseg fodern sydd heb ei ddatrys.

Bellach mae gan wyddonwyr synwyryddion hynod sensitif sydd eisoes wedi’u profi gyda sawl darganfyddiad rhagorol. Maent yn credu bod gan dechnoleg tonnau disgyrchiant bresennol y potensial i ddarganfod y deunydd ecsotig o'r diwedd a hyd yn oed ddarganfod o beth y mae wedi'i wneud.

Mewn astudiaeth a gyhoeddwyd heddiw yn Nature, mae tîm dan arweiniad gwyddonwyr o Sefydliad Archwilio Disgyrchiant Prifysgol Caerdydd wedi cymryd y cam cyntaf tuag at y nod hwn drwy

ddefnyddio'r offer, a elwir yn ymyriaduron laser, i chwilio am fath newydd o fater tywyll am y tro cyntaf erioed.

Tan yn ddiweddar, y gred gyffredinol oedd bod mater tywyll yn cynnwys gronynnau elfennol trwm.

Ni ddarganfuwyd y rhain er gwaethaf llu o ymdrechion, ac mae gwyddonwyr bellach yn troi at ddamcaniaethau amgen i esbonio mater tywyll.

Mae damcaniaeth ddiweddar yn dweud bod mater tywyll mewn gwirionedd yn rhywbeth o'r enw maes sgalar (scaler field), sy’n ymddwyn fel tonnau anweledig yn bownsio o amgylch galaethau, gan gynnwys ein Llwybr Llaethog ein hunain.

“Fe wnaethon ni sylweddoli y gallai ein hofferynnau gael eu defnyddio i hela am y math newydd hwn o fater tywyll, er iddyn nhw gael eu cynllunio i ddechrau ar gyfer canfod tonnau disgyrchiant,’ ’meddai’r Athro Hartmut Grote, o Sefydliad Archwilio Disgyrchiant Prifysgol Caerdydd, a gychwynnodd yr ymchwiliad.

Mewn ymyriadur laser, mae dau belydryn o olau yn bownsio rhwng drychau cyn cyfarfod ar synhwyrydd. O hyn, gall gwyddonwyr fesur gyda chywirdeb mawr pa mor anghyson oedd y pelydrau golau, sydd ei hun yn brocsi ar gyfer unrhyw aflonyddwch y mae'r pelydrau'n dod ar eu traws.

Mae Arsyllfa Tonnau Disgyrchol yr Ymyriadur Laser (LIGO) yn cynnwys dau ymyriadur yn yr Unol Daleithiau, pob un â dwy fraich 4 km o hyd wedi'u trefnu ar ffurf "L", a ddefnyddiwyd i ganfod tonnau disgyrchol am y tro cyntaf yn 2015, a sawl gwaith ers hynny.

Mae synhwyrydd GEO 600 yr Almaen/y DU a leolir yn yr Almaen, lle’r oedd Grote brif wyddonydd o 2009 i 2017, yn ymyriadur hynod sensitif arall ac fe'i defnyddiwyd i ddatblygu llawer o'r dechnoleg sydd ei hangen i ganfod tonnau disgyrchiant.

“Byddai tonnau mater tywyll maes sgalar yn mynd trwy’r Ddaear a’n hoffer, ond wrth iddynt wneud hynny, byddent yn achosi i wrthrychau fel drychau ddirgrynu ychydig,’ meddai’r ymchwilydd arweiniol Sander Vermeulen, hefyd o Sefydliad Archwilio Disgyrchiant Prifysgol Caerdydd.

“Byddai dirgryniadau drychau yn tarfu ar belydrau golau mewn offer fel GEO600 neu’r synwyryddion LIGO mewn ffordd benodol sy’n nodweddiadol o fater tywyll, sy’n rhywbeth y dylem ni allu ei ganfod, yn dibynnu ar union briodweddau’r mater tywyll hwnnw.”

Er nad yw mater tywyll erioed wedi'i ganfod yn uniongyrchol, mae gwyddonwyr yn amau ei fod yn bodoli oherwydd ei effaith ddisgyrchol ar wrthrychau ar draws y Bydysawd. Er enghraifft, gall llawer iawn o fater nas gwelwyd esbonio pam mae galaethau'n cylchdroi fel y maent, a sut y gallent fod wedi ffurfio yn y lle cyntaf.

Er nad oedd y tîm wedi gallu canfod unrhyw beth yn yr astudiaeth newydd hon, dywedant eu bod yn cymryd camau cyntaf pwysig o ran cyflwyno'r dechnoleg hon wrth chwilio am fater tywyll. Maent eisoes wedi gwneud cynnydd o ran culhau paramedrau ar gyfer astudiaethau yn y dyfodol.

“Cefais fy synnu gan ba mor sensitif y gall offer fod ar gyfer hela mater tywyll, gan iddo gael ei greu at bwrpas hollol wahanol yn wreiddiol,” parhaodd yr Athro Grote.

“Rydyn ni wedi diystyru rhai damcaniaethau yn bendant sy’n dweud bod gan fater tywyll rai priodweddau, felly mae gan chwiliadau yn y dyfodol gwell syniad o beth i edrych amdano,” meddai Vermeulen.

"Credwn fod gan y technegau newydd hyn y gwir botensial i ddarganfod mater tywyll rywbryd yn y dyfodol."